Kimyoviy kislorodga bo'lgan ehtiyojni (KOD) aniqlashning rivojlanishi

Kimyoviy kislorodga bo'lgan talab, shuningdek, COD deb ataladigan kimyoviy kislorod talabi (kimyoviy kislorod talabi) deb ataladi. Bu suvdagi oksidlanadigan moddalarni (organik moddalar, nitrit, temir tuzi, sulfid va boshqalar) oksidlash va parchalash uchun kimyoviy oksidlovchi moddalardan (masalan, kaliy permanganat) foydalanish va keyin qoldiq miqdori bo'yicha kislorod iste'molini hisoblashdir. oksidlovchi. Kislorodning biokimyoviy talabi (BOD) singari, u suv ifloslanishining muhim ko'rsatkichidir. COD birligi ppm yoki mg/l. Qiymat qanchalik kichik bo'lsa, suvning ifloslanishi engilroq bo'ladi.
Suvdagi qaytaruvchi moddalarga har xil organik moddalar, nitrit, sulfid, temir tuzi va boshqalar kiradi. Lekin asosiysi organik moddalardir. Shuning uchun kimyoviy kislorodga bo'lgan ehtiyoj (COD) ko'pincha suvdagi organik moddalar miqdorini o'lchash uchun ko'rsatkich sifatida ishlatiladi. Kimyoviy kislorodga bo'lgan talab qanchalik katta bo'lsa, suvning organik moddalar bilan ifloslanishi shunchalik jiddiy bo'ladi. Kimyoviy kislorodga bo'lgan ehtiyojni aniqlash (COD) suv namunalarida qaytaruvchi moddalarni aniqlash va aniqlash usuli bilan farq qiladi. Hozirgi vaqtda eng ko'p qo'llaniladigan usullar kislotali kaliy permanganat oksidlanish usuli va kaliy dixromat oksidlanish usuli hisoblanadi. Kaliy permanganat (KMnO4) usuli past oksidlanish tezligiga ega, ammo nisbatan oddiy. U suv namunalari va toza er usti va er osti suvlari namunalaridagi organik tarkibning nisbiy qiyosiy qiymatini aniqlash uchun ishlatilishi mumkin. Kaliy dixromat (K2Cr2O7) usuli yuqori oksidlanish tezligiga va yaxshi takrorlanishiga ega. Oqava suvlarni monitoring qilishda suv namunalarida organik moddalarning umumiy miqdorini aniqlash uchun javob beradi.
Organik moddalar sanoat suv tizimlari uchun juda zararli. Ko'p miqdorda organik moddalarni o'z ichiga olgan suv tuzsizlantirish tizimidan o'tayotganda ion almashinadigan qatronlarni, ayniqsa anion almashinuvchi qatronlarni ifloslantiradi, bu esa qatronning almashinuv qobiliyatini kamaytiradi. Organik moddalarni oldindan tozalashdan keyin (koagulyatsiya, tozalash va filtrlash) taxminan 50% ga kamaytirish mumkin, lekin uni tuzsizlantirish tizimida olib tashlash mumkin emas, shuning uchun u ko'pincha ozuqa suvi orqali qozonga keltiriladi, bu esa qozonning pH qiymatini pasaytiradi. suv. Ba'zida organik moddalar bug 'tizimiga va kondensat suviga ham kiritilishi mumkin, bu pH darajasini pasaytiradi va tizimning korroziyasini keltirib chiqaradi. Aylanma suv tizimidagi yuqori organik moddalar miqdori mikroblarning ko'payishiga yordam beradi. Shuning uchun, tuzsizlantirish, qozon suvi yoki aylanma suv tizimi uchun bo'ladimi, COD qanchalik past bo'lsa, shuncha yaxshi bo'ladi, lekin birlashgan cheklash indeksi yo'q. Aylanma sovutish suvi tizimida COD (KMnO4 usuli) > 5mg/L bo'lsa, suv sifati yomonlasha boshladi.

Kimyoviy kislorodga bo'lgan ehtiyoj (KK) suvning organik moddalarga boyligini o'lchash ko'rsatkichi bo'lib, u suvning ifloslanish darajasini o'lchashning muhim ko'rsatkichlaridan biridir. Sanoatlashtirishning rivojlanishi va aholi sonining ko'payishi bilan suv havzalari tobora ko'proq ifloslanmoqda va CODni aniqlashning rivojlanishi asta-sekin yaxshilandi.
CODni aniqlashning kelib chiqishini 1850-yillarda, suvning ifloslanishi bilan bog'liq muammolar odamlarning e'tiborini tortgan paytdan boshlab kuzatish mumkin. Dastlab, COD ichimliklardagi organik moddalar kontsentratsiyasini o'lchash uchun kislotali ichimliklar ko'rsatkichi sifatida ishlatilgan. Biroq, o'sha paytda to'liq o'lchash usuli o'rnatilmaganligi sababli, CODni aniqlash natijalarida katta xatolik yuz berdi.
20-asrning boshlarida zamonaviy kimyoviy tahlil usullarining rivojlanishi bilan CODni aniqlash usuli asta-sekin takomillashtirildi. 1918 yilda nemis kimyogari Xasse CODni kislotali eritmada oksidlanish natijasida iste'mol qilinadigan organik moddalarning umumiy miqdori sifatida aniqladi. Keyinchalik, u oksidlovchi sifatida yuqori konsentratsiyali xrom dioksid eritmasidan foydalanishni nazarda tutuvchi yangi COD aniqlash usulini taklif qildi. Ushbu usul organik moddalarni karbonat angidrid va suvga samarali oksidlashi va COD qiymatini aniqlash uchun oksidlanishdan oldin va keyin eritmadagi oksidlovchilarning sarfini o'lchashi mumkin.
Biroq, bu usulning kamchiliklari asta-sekin paydo bo'ldi. Birinchidan, reagentlarni tayyorlash va ishlatish nisbatan murakkab, bu esa tajribaning qiyinligi va vaqtini oshiradi. Ikkinchidan, yuqori konsentratsiyali xrom dioksid eritmalari atrof-muhitga zararli va amaliy qo'llanmalar uchun qulay emas. Shu sababli, keyingi tadqiqotlar asta-sekin KOAHni aniqlashning sodda va aniq usulini qidirdi.
1950-yillarda gollandiyalik kimyogari Friis oksidlovchi sifatida yuqori konsentratsiyali persulfat kislotadan foydalanadigan yangi COD aniqlash usulini ixtiro qildi. Ushbu usulni ishlatish oson va yuqori aniqlikka ega, bu CODni aniqlash samaradorligini sezilarli darajada oshiradi. Biroq, persulfat kislotadan foydalanish ham ma'lum xavfsizlik xavfiga ega, shuning uchun hali ham operatsiya xavfsizligiga e'tibor berish kerak.
Keyinchalik, asbobsozlik texnologiyasining jadal rivojlanishi bilan CODni aniqlash usuli asta-sekin avtomatlashtirish va razvedkaga erishdi. 1970-yillarda suv namunalarini to'liq avtomatik qayta ishlash va aniqlashni amalga oshiradigan birinchi COD avtomatik analizatori paydo bo'ldi. Ushbu asbob nafaqat CODni aniqlashning aniqligi va barqarorligini yaxshilaydi, balki ish samaradorligini sezilarli darajada oshiradi.
Atrof-muhitga oid xabardorlikni oshirish va tartibga solish talablarini yaxshilash bilan CODni aniqlash usuli ham doimiy ravishda optimallashtirilmoqda. So'nggi yillarda fotoelektrik texnologiya, elektrokimyoviy usullar va biosensor texnologiyasining rivojlanishi CODni aniqlash texnologiyasining innovatsiyasiga yordam berdi. Misol uchun, fotoelektrik texnologiya suv namunalaridagi COD tarkibini fotoelektrik signallarning o'zgarishi bilan, qisqaroq aniqlash vaqti va oddiyroq ishlashi bilan aniqlashi mumkin. Elektrokimyoviy usul COD qiymatlarini o'lchash uchun elektrokimyoviy sensorlardan foydalanadi, bu yuqori sezuvchanlik, tezkor javob va reagentlarga ehtiyoj yo'qligi afzalliklariga ega. Biosensor texnologiyasi organik moddalarni aniq aniqlash uchun biologik materiallardan foydalanadi, bu esa CODni aniqlashning aniqligi va o'ziga xosligini oshiradi.
CODni aniqlash usullari so'nggi bir necha o'n yilliklarda an'anaviy kimyoviy tahlildan zamonaviy asbob-uskunalar, fotoelektrik texnologiya, elektrokimyoviy usullar va biosensor texnologiyasiga qadar rivojlanish jarayonidan o'tdi. Ilm-fan va texnologiyaning rivojlanishi va talabning ortishi bilan CODni aniqlash texnologiyasi hali ham takomillashtirilmoqda va innovatsiya qilinmoqda. Kelajakda odamlar atrof-muhitning ifloslanishi masalalariga ko'proq e'tibor berishlari bilan CODni aniqlash texnologiyasi yanada rivojlanib, tezroq, aniqroq va ishonchli suv sifatini aniqlash usuliga aylanishini taxmin qilish mumkin.
Hozirgi vaqtda laboratoriyalar CODni aniqlash uchun asosan quyidagi ikkita usuldan foydalanadilar.
1. CODni aniqlash usuli
Kaliy dixromat standart usuli, shuningdek reflyuks usuli sifatida ham tanilgan (Xitoy Xalq Respublikasi Milliy standarti)
(I) tamoyil
Suv namunasiga ma'lum miqdorda kaliy dixromat va katalizator kumush sulfat qo'shing, kuchli kislotali muhitda ma'lum vaqt davomida qizdiring va qaytaring, kaliy bixromatning bir qismi suv namunasidagi oksidlanadigan moddalar bilan qaytariladi va qolgan. kaliy dixromati ammoniy temir sulfat bilan titrlanadi. COD qiymati iste'mol qilingan kaliy dixromat miqdori asosida hisoblanadi.
Ushbu standart 1989 yilda ishlab chiqilganligi sababli, uni joriy standart bilan o'lchashda ko'plab kamchiliklar mavjud:
1. Bu juda ko'p vaqtni oladi va har bir namunani 2 soat davomida qayta oqimlash kerak;
2. Qayta oqim uskunasi katta joyni egallab, partiyani aniqlashni qiyinlashtiradi;
3. Tahlil narxi yuqori, ayniqsa kumush sulfat uchun;
4. Aniqlash jarayonida qayta oqim suvining chiqindisi hayratlanarli;
5. Zaharli simob tuzlari ikkilamchi ifloslanishga moyil;
6. Ishlatiladigan reaktivlar miqdori katta, sarf materiallari narxi esa yuqori;
7. Test jarayoni murakkab va lavozimga ko'tarilish uchun mos emas.
(II) Uskunalar
1. 250ml to'liq oynali reflyuks qurilmasi
2. Isitish moslamasi (elektr pech)
3. 25 ml yoki 50 ml kislotali byuretka, konussimon kolba, pipetka, o'lchov kolbasi va boshqalar.
(III) Reaktivlar
1. Kaliy dixromat standart eritmasi (c1/6K2Cr2O7=0,2500mol/L)
2. Ferrosiyanat indikator eritmasi
3. Ammoniy temir sulfat standart eritmasi [c(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O≈0,1mol/L] (ishlatishdan oldin kalibrlang)
4. Sulfat kislota-kumush sulfat eritmasi
Kaliy dixromatining standart usuli
(IV) Aniqlash bosqichlari
Ammoniy temir sulfat kalibrlash: 500 ml konussimon kolbaga 10,00 ml kaliy dixromat standart eritmasini aniq pipetka bilan soling, taxminan 110 ml suv bilan suyultiring, asta-sekin 30 ml konsentrlangan sulfat kislota qo'shing va yaxshilab silkiting. Sovutgandan so'ng, 3 tomchi ferrosiyanat indikator eritmasidan (taxminan 0,15 ml) qo'shing va ammoniy temir sulfat eritmasi bilan titrlang. Yakuniy nuqta - eritmaning rangi sariqdan ko'k-yashilgacha qizil jigarranggacha o'zgarishi.
(V) Aniqlik
20 ml suv namunasini oling (agar kerak bo'lsa, kamroq oling va suvni 20 ga qo'shing yoki olishdan oldin suyultiring), 10 ml kaliy dixromat qo'shing, qayta oqim moslamasini ulang, so'ngra 30 ml sulfat kislota va kumush sulfat qo'shing, 2 soat davomida isitib oling va qaytaring. . Sovutgandan so'ng, kondensator trubkasi devorini 90,00 ml suv bilan yuving va konussimon kolbani oling. Eritma yana sovutilgandan so'ng, 3 tomchi temir kislota indikator eritmasidan qo'shing va ammoniy temir sulfat standart eritmasi bilan titrlang. Eritmaning rangi sariqdan ko'k-yashilgacha qizg'ish jigarranggacha o'zgaradi, bu oxirgi nuqtadir. Ammoniy temir sulfat standart eritmasi miqdorini yozing. Suv namunasini o'lchashda 20,00 ml qayta distillangan suv oling va xuddi shu operatsiya bosqichlariga muvofiq bo'sh tajriba o'tkazing. Blank titrlashda ishlatiladigan ammoniy temir sulfat standart eritmasi miqdorini yozing.
Kaliy dixromatining standart usuli
(VI) Hisoblash
CODCr(O2, mg/L)=[8×1000(V0-V1)·C]/V
(VII) Ehtiyot choralari
1. 0,4 g simob sulfat bilan komplekslangan xlorid ionining maksimal miqdori 40 mg ga yetishi mumkin. Agar 20,00 ml suv namunasi olinsa, maksimal 2000 mg / L xlorid ion konsentratsiyasi kompleks bo'lishi mumkin. Agar xlorid ionlarining konsentratsiyasi past bo'lsa, simob sulfatni ushlab turish uchun oz miqdorda simob sulfat qo'shilishi mumkin: xlorid ionlari = 10: 1 (Vt / Vt). Agar simob xloridning oz miqdori cho'kmaga tushsa, bu aniqlashga ta'sir qilmaydi.
2. Ushbu usul bilan aniqlangan COD diapazoni 50-500mg / L ni tashkil qiladi. Kimyoviy kislorod talabi 50 mg/l dan kam bo‘lgan suv namunalari uchun uning o‘rniga 0,0250mol/l kaliy dixromat standart eritmasidan foydalanish kerak. Qayta titrlash uchun 0,01mol/l ammoniy temir sulfat standart eritmasidan foydalanish kerak. KOD 500 mg/l dan ortiq bo'lgan suv namunalari uchun ularni aniqlashdan oldin suyultiring.
3. Suv namunasi qizdirilgandan so'ng va qayta oqimdan so'ng, eritmadagi kaliy dixromatning qolgan miqdori qo'shilgan miqdorning 1/5-4/5 qismini tashkil qilishi kerak.
4. Reaktivning sifati va ishlash texnologiyasini tekshirish uchun kaliy vodorod ftalat standart eritmasidan foydalanilganda, chunki har bir gramm kaliy vodorod fitalatining nazariy CODCr 1,176 g, 0,4251 g kaliy vodorod ftalat (HOOCC6H4COOK qizil suvda eritilgan), eritilgan suvda erigan. 1000 ml hajmli o'lchov kolbasiga o'tkaziladi va 500 mg/l CODcr standart eritmasi hosil qilish uchun qayta distillangan suv bilan belgigacha suyultiriladi. Foydalanilganda uni yangi tayyorlang.
5. CODCr aniqlash natijasi to'rtta muhim raqamni saqlab qolishi kerak.
6. Har bir tajriba davomida ammoniy temir sulfat standart titrlash eritmasini kalibrlash kerak va xona harorati yuqori bo'lganda konsentratsiyaning o'zgarishiga alohida e'tibor berish kerak. (Shuningdek, titrlashdan so'ng blankaga 10,0 ml kaliy dixromat standart eritmasini qo'shishingiz va ammoniy temir sulfat bilan oxirigacha titrlashingiz mumkin.)
7. Suv namunasi yangi holda saqlanishi va imkon qadar tezroq o'lchanishi kerak.
Afzalliklari:
Yuqori aniqlik: reflyuks titrlash - bu CODni aniqlashning klassik usuli. Uzoq vaqt davomida ishlab chiqish va tekshirishdan so'ng, uning aniqligi keng e'tirof etildi. U suvdagi organik moddalarning haqiqiy tarkibini aniqroq aks ettirishi mumkin.
Keng qo'llanilishi: Bu usul har xil turdagi suv namunalari, shu jumladan yuqori konsentratsiyali va past konsentratsiyali organik oqava suvlar uchun javob beradi.
Operatsion xususiyatlari: Operatorlar o'zlashtirish va amalga oshirish uchun qulay bo'lgan batafsil ishlash standartlari va jarayonlari mavjud.
Kamchiliklari:
Ko'p vaqt talab qiladi: Refluks titrlash odatda namunani aniqlashni yakunlash uchun bir necha soat davom etadi, bu aniq natijalarni tezda olish kerak bo'lgan vaziyatga mos kelmaydi.
Reagentning yuqori iste'moli: Bu usul ko'proq kimyoviy reagentlardan foydalanishni talab qiladi, bu nafaqat qimmatga tushadi, balki atrof-muhitni ma'lum darajada ifloslantiradi.
Murakkab operatsiya: Operator ma'lum kimyoviy bilim va tajriba ko'nikmalariga ega bo'lishi kerak, aks holda bu aniqlash natijalarining to'g'riligiga ta'sir qilishi mumkin.
2. Tez hazm qilish spektrofotometriyasi
(I) tamoyil
Namuna ma'lum miqdorda kaliy dixromat eritmasi bilan, kuchli sulfat kislota muhitida, katalizator sifatida kumush sulfat qo'shiladi va yuqori haroratda hazm bo'lgandan so'ng, COD qiymati fotometrik asbob-uskunalar bilan aniqlanadi. Ushbu usul qisqa aniqlash vaqtiga, kichik ikkilamchi ifloslanishga, kichik reagent hajmiga va arzon narxga ega bo'lganligi sababli, hozirgi vaqtda ko'pchilik laboratoriyalar ushbu usuldan foydalanadilar. Biroq, bu usul yuqori asbob narxiga va past foydalanish narxiga ega, bu COD birliklaridan uzoq muddatli foydalanish uchun mos keladi.
(II) Uskunalar
Xorijiy uskunalar ilgari ishlab chiqilgan, ammo narxi juda yuqori va aniqlash muddati uzoq. Reagentning narxi odatda foydalanuvchilar uchun mos emas va aniqlik juda yuqori emas, chunki xorijiy asboblarning monitoringi standartlari mening mamlakatimdan farq qiladi, asosan xorijiy mamlakatlarning suvni tozalash darajasi va boshqaruv tizimi menikidan farq qiladi. mamlakat; tez hazm bo'ladigan spektrofotometriya usuli asosan mahalliy asboblarning umumiy usullariga asoslangan. COD usulini katalitik tezkor aniqlash bu usulning formula standartidir. U 1980-yillarning boshlarida ixtiro qilingan. 30 yildan ortiq qo'llanilgandan so'ng, u atrof-muhitni muhofaza qilish sanoatining standartiga aylandi. Mahalliy 5B asbobi ilmiy tadqiqotlar va rasmiy monitoringda keng qo'llanilgan. Mahalliy asboblar narx afzalliklari va sotuvdan keyingi o'z vaqtida xizmat ko'rsatish tufayli keng qo'llanilgan.
(III) Aniqlash bosqichlari
2,5 ml namuna oling - reagent qo'shing - 10 daqiqa davomida hazm qiling - 2 daqiqa sovuting - kolorimetrik idishga quying - uskuna displeyda namunaning COD konsentratsiyasi to'g'ridan-to'g'ri ko'rsatiladi.
(IV) Ehtiyot choralari
1. Yuqori xlorli suv namunalari yuqori xlorli reagentdan foydalanishi kerak.
2. Chiqindilarni suyuqlik taxminan 10 ml ni tashkil qiladi, lekin u juda kislotali bo'lib, uni yig'ish va qayta ishlash kerak.
3. Kyuvetaning yorug'lik o'tkazuvchi yuzasi toza ekanligiga ishonch hosil qiling.
Afzalliklari:
Tez tezlik: Tez usul odatda namunani aniqlashni yakunlash uchun bir necha daqiqadan o'n daqiqadan ko'proq vaqtni oladi, bu natijalar tezda olinishi kerak bo'lgan holatlar uchun juda mos keladi.
Kamroq reagent iste'moli: Qayta oqim titrlash usuli bilan taqqoslaganda, tezkor usul kamroq kimyoviy reagentlardan foydalanadi, arzonroq xarajatlarga ega va atrof-muhitga kamroq ta'sir qiladi.
Oson ishlash: Tez usulning ishlash bosqichlari nisbatan sodda va operator juda yuqori kimyoviy bilim va tajriba ko'nikmalariga ega bo'lishi shart emas.
Kamchiliklari:
Bir oz pastroq aniqlik: Tez usul odatda ba'zi soddalashtirilgan kimyoviy reaktsiyalar va o'lchash usullaridan foydalanganligi sababli, uning aniqligi reflyuks titrlash usulidan biroz pastroq bo'lishi mumkin.
Cheklangan qo'llash doirasi: Tez usul asosan past konsentratsiyali organik oqava suvlarni aniqlash uchun javob beradi. Yuqori konsentratsiyali oqava suvlar uchun uni aniqlash natijalari katta ta'sir ko'rsatishi mumkin.
Interferentsiya omillari ta'sirida: Tez usul ba'zi maxsus holatlarda, masalan, suv namunasida ma'lum aralashuvchi moddalar mavjud bo'lganda katta xatolarga olib kelishi mumkin.
Xulosa qilib aytganda, reflyuks titrlash usuli va tezkor usulning har biri o'zining afzalliklari va kamchiliklariga ega. Qaysi usulni tanlash maxsus dastur stsenariysi va ehtiyojlariga bog'liq. Yuqori aniqlik va keng qo'llanilishi kerak bo'lganda, qayta oqim titratsiyasini tanlash mumkin; tez natijalar talab qilinganda yoki ko'p miqdordagi suv namunalari qayta ishlansa, tezkor usul yaxshi tanlovdir.
Lianhua 42 yil davomida suv sifatini tekshirish asboblarini ishlab chiqaruvchisi sifatida 20 daqiqaliCOD tez hazm qilish spektrofotometriyasiusuli. Ko'p sonli eksperimental taqqoslashlardan so'ng, u 5% dan kam xatoga erisha oldi va oddiy operatsiya, tez natijalar, arzon narx va qisqa vaqt afzalliklariga ega.